行星内部深处的熔岩或许决定着它们是否存在生命的几率

研究表明,大型岩质行星内部深层的熔融岩石能够产生足以持续数十亿年的强磁场。

Image

这种持久的保护层可以决定一颗行星是能保住它的大气层,还是会被辐射慢慢剥离殆尽。

来自熔融深处的磁性

在超级地球内部深处的极端压力下,人们观察到熔融的地幔物质会以某种方式导电,从而为行星磁场提供能量。

罗切斯特大学的 Miki Nakajima 及其同事通过证明压缩的地幔熔体可以在行星内部条件下维持电流,记录了这种行为。

她的研究重点是剧烈的行星形成以及决定大气层能否存活足够长的时间以进行化学反应的隐藏层。

最新研究结果表明,这种生物的存活与深层熔岩层内产生的磁场有关。

为什么磁屏蔽很重要

陆地上的生命依赖于磁层,磁层是一个磁性气泡,它引导带电粒子远离地表。

在地球上,外核中旋转的液态铁产生电流,这些电流形成了全球磁场。

当恒星释放带电气体和高能粒子时,磁场可以将大部分物质引导走。

许多岩质行星似乎失去了这种保护,因此磁场已成为天文学家判断行星是否适宜居住的关键指标。

更大的行星打破了旧规则

天文学家不断在其他恒星周围发现超级地球——质量比地球大,但质量比海王星小的行星。

它们额外的质量会强烈挤压内部,改变铁和岩石的行为,有时会留下一个停止运动的核心。

行星的内核可能过于坚硬而无法流动,也可能完全是液态,但没有合适的分层结构。

无论哪种方式,经典的铁芯磁力引擎都会逐渐消失,即使表面看起来仍然崎岖不平。

第二台磁力发动机

早期地球可能拥有很厚的熔融层,而较大的岩质行星在表面硬化后可能仍会保留熔融层很长时间。

研究人员将这一层称为基底岩浆洋,它是位于地幔底部的熔融带。

如果熔体能够导电,其缓慢的循环可以驱动发电机,发电机是将流体运动转化为磁场的过程。

这个想法改变了宜居性的计算方式,因为即使铁核无法存活,磁场也可能存活下来。

重建外来压力

在罗切斯特大学激光能量学实验室,脉冲击中目标并引发冲击波——压力波会快速挤压材料。

“这项工作既令人兴奋又充满挑战,因为我的背景主要是计算方面的,而这是我第一次从事实验性工作,”中岛说道。

这些简短的测试为计算机模型提供了信息,这些模型可以估算出同一熔体是否能够持续活跃数十亿年。

当岩石表现出金属特性时

在巨大的压力下,通常会阻断电流的熔岩开始导电,表现得像导体而不是绝缘体。

压力使原子靠得更近,让电子能够更自由地移动,从而减少能量损失。

在高压下,氧化镁和略带铁色调的氧化镁表现出相似的导电性。两种情况下,熔融态的氧化镁都能导电。

这一结果与此前的预期相悖,此前人们认为铁元素会在最深的熔岩层中将电流提高几个数量级。

鳞片能延长盾牌的使用寿命

行星的大小很重要,因为厚厚的地幔能够保持热量,使深层熔融物持续流动更长时间。

随着世界的发展,对流的范围越来越大,更快的流动会增强磁反馈,从而保持磁场的稳定。

模型显示,质量超过地球三到六倍的行星可以维持强度几乎是地球十倍的岩浆驱动磁场长达数十亿年。

即使如此,也不能保证形成强磁场,因为冷却速度和内部成分决定了熔体是否会继续移动。

从远处寻找田野

大多数望远镜图像中不会直接显示磁场,因此研究人员寻找间接迹象。

一种方法是寻找恒星粒子与磁化行星碰撞时产生的类似极光的无线电辐射。

另一条路径追踪恒星爆发如何扰乱行星的高层大气,因为磁场防御可以改变爆发的时间和模式。

即使是看似有希望的信号也可能有其他原因,因此,磁场的说法通常需要多方面的证据。

为什么磁力还不够

宜居性仍然取决于许多细节,从恒星的耀斑行为到行星能否保持水和空气。

“强磁场对行星上的生命非常重要,”中岛说。

深层熔岩发电机可以通过降低大气侵蚀来发挥作用,因为到达高空并达到足够速度的带电粒子较少。

然而,仅仅拥有一片田野并不能保证适宜居住的土地,因为温度、化学成分和时间也限制了生物的生存。

通过将深层熔岩与长寿命磁性联系起来,这项研究扩大了被认为有希望进行宜居性研究的岩质行星的范围。

如果即将进行的观测能够发现这些区域,研究人员将能更好地判断哪些超级地球能够保持数十亿年的稳定大气层。

已显示 25%,查看完整内容需登录

您已阅读了文章的 25%,剩余 75% 内容需要登录后查看。

立即登录 注册账号

收藏
打赏
研究表明,寿命可能有50%是遗传的。
上一篇
艾达·洛芙莱斯唯一已知的照片是如何进入博物馆的
下一篇

发表评论

个人中心
xuanzhang
564 文章
0 评论
7 收藏

扫码分享

微信支付
支付宝